EP1775150B1 - Kraftfahrzeug-Klimaanlage und Verfahren zu deren Regelung - Google Patents

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EP1775150B1
EP1775150B1 EP20060019075 EP06019075A EP1775150B1 EP 1775150 B1 EP1775150 B1 EP 1775150B1 EP 20060019075 EP20060019075 EP 20060019075 EP 06019075 A EP06019075 A EP 06019075A EP 1775150 B1 EP1775150 B1 EP 1775150B1
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vehicle air
flap
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André Dipl.-Ing. Dittrich
Frank Dipl.- Ing. Müller
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Mahle Behr GmbH and Co KG
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Behr GmbH and Co KG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00978—Control systems or circuits characterised by failure of detection or safety means; Diagnostic methods

Definitions

  • the invention relates to a motor vehicle air conditioning system, in particular an air conditioner with CO 2 as refrigerant, according to the preamble of claim 1.
  • US 2001/0022092 A2 discloses a method according to the preamble of claim 1.
  • leakages of the refrigerant can occur, in particular as a consequence of leaky lines, in particular also in the region of the evaporator. This is particularly undesirable if the lines are arranged in the vehicle interior or are in communication with the vehicle interior, and thus dangerous high refrigerant concentrations can occur there for the occupants.
  • CO 2 is poisonous above a certain concentration.
  • a method according to claim 1 and a motor vehicle air conditioner in particular a motor vehicle air conditioning system with a non-harmful, in particular non-toxic, medium as refrigerant, preferably R744 (CO 2 ), for the occupants and circumference in the quantities and concentrations which may escape in the event of leakage.
  • a motor vehicle air conditioner in particular a motor vehicle air conditioning system with a non-harmful, in particular non-toxic, medium as refrigerant, preferably R744 (CO 2 ), for the occupants and circumference in the quantities and concentrations which may escape in the event of leakage.
  • refrigerant preferably R744 (CO 2 )
  • At least one condensate drain is provided, through which during normal operation, the condensate collecting in the evaporator can be discharged to the outside and at least in the case of engine stall and / or standing motor vehicle air conditioning an open connection channel of the area of the air conditioner, in which the evaporator is arranged, forms to the outside.
  • the condensate drain be used without special measures for the discharge of the collecting gaseous refrigerant, since this is usually heavier than the essential air components (in particular O 2 and N 2 ), and therefore collects in the lower area and thus without special measures by the condensate drain flows outward.
  • the control is preferably designed such that at least one fresh air flap is opened in the event of an engine stall and / or when the motor vehicle air conditioning is stationary. This is automatically the case in the case of a direct coupling of the fresh air and recirculating air flap, however, in the case of independent (conditionally) independent opening states, it must be ensured that the recirculating air flap is essentially completely closed, while the fresh air flap is opened as far as possible in order to form the smallest possible flow resistance for the gaseous refrigerant. An outflow through the fresh air flap takes place in particular in the case of larger leakage quantities, which can not be dissipated exclusively via the possibly existing condensate drain.
  • each closed at least one flap which is arranged in or at one end of the air duct.
  • a pressure sensor may be provided in the refrigerant circuit, wherein the pressure sensor is connected to the control and the regulation of the closing of the flaps from falling below a predetermined limit and / or is activated when a falling pressure gradient is exceeded. Previously, no leakage is assumed, so that can be dispensed with the aforementioned measures.
  • the fan is the Motor vehicle air conditioning first briefly operated in the reverse direction, or there is another, sucking from the interior of the automotive air conditioning fan provided, which is operated in this case, the open flap position of the fresh air flap are maintained at least until at least a part The air contained in the air conditioning system was discharged to the outside. Thereafter, the air conditioner can be operated in the usual way. The air exchange associated with the suction can be supported by the opening of the flaps to the vehicle interior.
  • the air conditioner 1 has a blower 2, an evaporator 3 and a radiator 4 with PTC heater 5.
  • a Bypass damper 6 is provided, which opens or closes a bypass arranged adjacent to the evaporator 3, which makes it possible for the air coming from the blower 2 to flow past the evaporator 3.
  • a further flap 7 is provided which directs the coming of the evaporator 3 air either through the radiator 4 with PTC heater 5 or past him. In this case, intermediate positions of the flap 7 are possible.
  • a defrost flap 8 for removing a fitting on the windshield, which opens or closes a defrost air duct when needed, and a ventilation flap 9 for venting the vehicle interior, for example via center and side nozzles, which Ventilation air duct opens or closes if required.
  • a footwell flap 10 is arranged directly after the radiator 4, which releases or closes an air duct 11 to the footwell as needed, with intermediate positions of the footwell flap 10 are possible.
  • the air duct 11 branches according to the present embodiment immediately after the flap 10 in an air passage 11 a, which serves the lateral air supply to the footwell, and an air duct 11 b, which serves the rear air supply to the footwell.
  • the air is sucked in normal operation by the blower 2 - depending on the position of the recirculation and fresh air flaps (not shown) - from the environment (fresh air) and / or from the vehicle interior and for temperature control by the motor vehicle air conditioning system 1 described above and the different air ducts depending on the corresponding flap positions of the flaps 8, 9 and 10 directed into the corresponding areas of the vehicle interior.
  • condensate drain (not represented), through which the condensate can be discharged to the outside, in the present case, the condensate drain is designed such that the condensate runs off by itself, being always open.
  • the air conditioner 1 is a conventional air conditioner, with R744 being used as the refrigerant in a refrigeration cycle including the evaporator 3. Since in such refrigeration circuits, in particular in the area of the evaporator, a leakage of refrigerant can occur in the vehicle interior, which may be dangerous for the occupants in extreme cases, but in any case is undesirable, the control of the air conditioning system 1 is present designed so that when a motor stall with the air conditioner 1 all connection paths, ie Air ducts, between the area in which the evaporator 3 of the air conditioner 1 is arranged, and the vehicle interior are closed by the functionally already existing, at least substantially gas-tight flaps.
  • the flaps 8, 9 and 10 shown in the figure and also still not shown in the drawing recirculation flap, which is arranged in the normal direction of air flow in front of the fan 2.
  • the fresh air flap is - due to the closed recirculation damper, with which it is coupled - opened in accordance with the present embodiment, so that optionally leaked as leakage from the evaporator 3 refrigerant against the normal air flow direction through the fan 2 and the fresh air flap and flow to the environment can be delivered.
  • any gaseous refrigerant which may have escaped will escape to the outside via the open condensate drain of the evaporator, which represents a further direct connection with the environment, since the CO 2 , which is slightly heavier than air, escapes collects at the bottom and thereby passes through the normally drained from the condensate condensate drain to the outside. Only at larger leakage rates, the gaseous refrigerant passes through the fresh air flap to the outside. The emerging CO 2 as well as naturally occurring gas due to the relatively low amounts released does not pollute the environment.
  • This actuation of the actuators of the corresponding flaps can be triggered in a particularly simple manner by the fact that the motor vehicle is locked from the outside.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, insbesondere eine Klimaanlage mit CO2 als Kältemittel, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. US 2001/0022092 A2 offenbart ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei Kraftfahrzeug-Klimaanlagen kann es insbesondere in Folge undichter Leitungen, insbesondere auch im Bereich des Verdampfers, zu einer Leckage des Kältemittels kommen. Dies ist insbesondere dann unerwünscht, wenn die Leitungen im Fahrzeuginnenraum angeordnet sind oder mit dem Fahrzeuginnenraum in Verbindung stehen, und somit dort für die Insassen gefährlich hohe Kältemittelkonzentrationen auftreten können. So wirkt z.B. CO2 ab einer gewissen Konzentration giftig.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Kraftfahrzeug-Klimaanlage zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Erfindungsgemäß sind ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, insbesondere eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage mit einem für die Insassen und Umweit in den im Leckagefall möglicherweise austretenden Mengen und Konzentrationen nicht schädlichem, insbesondere nicht giftigem Medium als Kältemittel, vorzugsweise R744 (CO2), nach Anspruch 4 vorgesehen. Durch die Unterbrechung des bzw. der Luftwege zwischen dem Bereich der Klimaanlage, in welchem der Verdampfer angeordnet ist, und dem Fahrzeuginnenraum kann ein Eindringen des Kältemittels in den Fahrzeuginnenraum und somit eine mögliche Gefährdung der Insassen sicher und auf einfache Weise vermieden werden. Da das Kältemittel, zumindest im Falle von CO2, in den gegebenenfalls austretenden Mengen nicht schädlich für die Umwelt ist, kann es direkt nach außen an die Umgebung abgeführt werden, d.h. es sind keine weiteren Maßnahmen, wie beispielsweise Zwischenspeicher o.ä., erforderlich.
  • Vorzugsweise ist mindestens ein Kondensatablauf vorgesehen, durch welchen bei Normalbetrieb das sich im Verdampfer sammelnde Kondensat nach außen abgeleitet werden kann und der zumindest im Falle eines Motorstillstands und/oder bei stehender Kraftfahrzeug-Klimaanlage einen offenen Verbindungskanal von dem Bereich der Klimaanlage, in welchem der Verdampfer angeordnet ist, nach außen bildet. Da über den Kondensatablauf üblicherweise allein durch die Wirkung der Schwerkraft das Kondensat nach außen abgeführt wird und dieser somit im unteren Bereich und mit einem ausreichenden Gefälle versehen angeordnet ist, kann der Kondensatablauf ohne spezielle Maßnahmen auch für die Abführung des sich sammelnden gasförmigen Kältemittels verwendet werden, da dieses üblicherweise schwerer als die wesentlichen Luftbestandteile (wie insbesondere O2 und N2) ist, und sich deshalb im unteren Bereich sammelt und somit auch ohne spezielle Maßnahmen durch den Kondensatablauf nach außen strömt.
  • Die Regelung ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass im Falle eines Motorstillstands und/oder bei stehender Kraftfahrzeug-Klimaanlage mindestens eine Frischluft-Klappe geöffnet ist. Dies ist im Falle einer direkten Koppelung der Frischluft- und Umluft-Klappe automatisch der Fall, im Falle voneinander (bedingt) unabhängiger Öffnungszustände ist jedoch sicherzustellen, dass die Umluft-Klappe im Wesentlichen vollständig geschlossen ist, während die Frischluft-Klappe möglichst weit geöffnet ist, um einen möglichst kleinen Strömungswiderstand für das gasförmige Kältemittel zu bilden. Ein Ausströmen durch die Frischluft-Klappe erfolgt insbesondere im Falle größerer Leckagemengen, die nicht ausschließlich über den gegebenenfalls auch vorhandenen Kondensatablauf abgeführt werden können.
  • Es ist bei den Luftkanälen, die zwischen dem Bereich der Klimaanlage, in welchem der Verdampfer angeordnet ist, und dem Fahrzeuginnenraum vorgesehen sind, jeweils mindestens eine Klappe geschlossen, die in dem oder an einem Ende des Luftkanals angeordnet ist. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um Umluft-, Defrost-, Belüftungs- und/oder Fußraum-Klappen, welche jeweils den entsprechenden Luftkanal verschließen, so dass keine zusätzlichen baulichen Maßnahmen, die mit einer Umkonstruktion der Klimaanlage verbunden wären, getroffen werden müssen. Vielmehr reicht eine einfache Implementierung der Schließfunktion für den Falle eines Motorstillstands und/oder bei stehender Kraftfahrzeug-Klimaanlage in die vorhandene Regelungssoftware.
  • Ferner kann zur Überwachung des Drucks und somit des Füllstands des Kältemittelkreislaufs (und somit einer möglichen Leckage) ein Drucksensor im Kältemittelkreislauf vorgesehen sein, wobei der Drucksensor mit der Reglung verbunden ist und die Regelung des Schließens der Klappen ab dem Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes und/oder bei Überschreiten eines abfallenden Druckgradienten aktiviert wird. Zuvor ist von keiner Leckage auszugehen, so dass auf die vorgenannten Maßnahmen verzichtet werden kann.
  • Um im Falle eines Motorstarts oder vorab im Falle eines Öffnens, also bei einer Aktivierung der Kraftfahrzeug-Regelung, eines Fahrzeugs, das über längere Zeit ohne Betätigung der Klimaanlage gestanden ist, schnell das sich gegebenenfalls in der Klimaanlage gesammelte Kältemittel abzuführen, wird das Gebläse der Kraftfahrzeug-Klimaanlage zuerst kurzfristig in umgekehrter Richtung betrieben, oder es ist ein anderes, aus dem Innenraum der Kraftfahrzeug-Klimaanlage absaugendes Gebläse vorgesehen, das in diesem Fall betrieben wird, wobei die geöffnete Klappenstellung der Frischluftklappe zumindest so lange beibehalten werden, bis zumindest ein Teil der in der Klimaanlage enthaltenen Luft nach außen abgeführt wurde. Danach kann die Klimaanlage auf übliche Weise betrieben werden. Der mit dem Absaugen verbundene Luftaustausch kann durch das Öffnen der Klappen zum Fahrzeuginnenraum unterstützt werden.
  • Im Folgenden wird eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer Kraftfahr-zeug-Klimaanlage, die im Folgenden in ihrer Gesamtheit durch das Bezugszeichen 1 bezeichnet ist.
  • Die Klimaanlage 1 weist ein Gebläse 2, einen Verdampfer 3 und einen Heizkörper 4 mit PTC-Zuheizer 5 auf. Hierbei ist parallel zum Verdampfer 3 eine Bypass-Klappe 6 vorgesehen, welche einen benachbart zum Verdampfer 3 angeordneten Bypass freigibt oder verschließt, der ein Vorbeiströmen der vom Gebläse 2 kommenden Luft am Verdampfer 3 ermöglicht. Hinter dem Verdampfer 3 ist eine weitere Klappe 7 vorgesehen, welche die vom Verdampfer 3 kommende Luft entweder durch den Heizkörper 4 mit PTC-Zuheizer 5 oder an ihm vorbei leitet. Hierbei sind Zwischenstellungen der Klappe 7 möglich. Nach den Wärmetauschern 3 und 4 ist eine Defrost-Klappe 8 zum Entfemen eines Beschlags an der Windschutzscheibe, welche einen Defrost-Luftkanal bei Bedarf öffnet oder verschließt, und eine Belüftungs-Klappe 9 zum Belüften des Fahrzeuginnenraums z.B. über Mittel- und Seitendüsen, welche einen Belüftungs-Luftkanal bei Bedarf öffnet oder verschließt, vorgesehen.
  • Ferner ist direkt nach dem Heizkörper 4 eine Fußraum-Klappe 10 angeordnet, welche einen Luftkanal 11 zum Fußraum nach Bedarf freigibt oder verschließt, wobei auch Zwischenstellungen der Fußraum-Klappe 10 möglich sind. Der Luftkanal 11 verzweigt sich gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unmittelbar nach der Klappe 10 in einen Luftkanal 11a, welcher der seitlichen Luftzufuhr zum Fußraum dient, und einen Luftkanal 11b, welcher der hinteren Luftzufuhr zum Fußraum dient.
  • Die Luft wird im Normalbetrieb vom Gebläse 2 - je nach Stellung der Umluft- und Frischluft-Klappen (nicht dargestellt) - aus der Umgebung (Frischluft) und/oder aus dem Fahrzeuginnenraum angesaugt und zur Temperierung durch die zuvor beschriebene Kraftfahrzeug-Klimaanlage 1 und über die verschiedenen Luftkanäle in Abhängigkeit der entsprechenden Klappenstellungen der Klappen 8, 9 und 10 in die entsprechenden Bereiche des Fahrzeuginnenraums geleitet.
  • Da sich üblicherweise ein Teil der in der Luft enthaltenen Luftfeuchtigkeit als Kondensat im Verdampfer 3 niederschlägt, ist ein Kondensatablauf (nicht dargestellt) vorgesehen, durch welchen das Kondensat nach außen abgegeben werden kann, Vorliegend ist der Kondensatablauf derart ausgebildet, dass das Kondensat von selbst abläuft, wobei er stets offen ist.
  • Bei der Klimaanlage 1 handelt es sich um eine herkömmliche Klimaanlage, wobei als Kältemittel in einem Kältekreislauf, der den Verdampfer 3 beinhaltet, vorliegend R744 verwendet wird. Da es bei derartigen Kältekreisläufen insbesondere im Bereich des Verdampfers zu einer Kältemittelleckage, verbunden mit einer Ansammlung von ausgetretenem Kältemittel im Fahrzeuginnenraum kommen kann, welche im Extremfall für die Insassen gefährlich sein kann, in jedem Fall aber unerwünscht ist, ist die Regelung der Klimaanlage 1 vorliegend derart ausgelegt, dass bei einem Motorstillstand bei stehender Klimaanlage 1 sämtliche Verbindungswege, d.h. Luftkanäle, zwischen dem Bereich, in welchem der Verdampfer 3 der Klimaanlage 1 angeordnet ist, und dem Fahrzeuginnenraum durch die funktionsbedingt bereits vorhandenen, zumindest im Wesentlichen gasdichten Klappen verschlossen werden. Dies betrifft gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die in der Figur dargestellten Klappen 8, 9 und 10 und außerdem noch die nicht in der Zeichnung dargestellte Umluftklappe, die in normaler Luftströmungsrichtung vor dem Gebläse 2 angeordnet ist.
  • Die Frischluftklappe ist - auf Grund der geschlossenen Umluftklappe, mit welcher dieselbe gekoppelt ist - gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel geöffnet, so dass das gegebenenfalls als Leckage aus dem Verdampfer 3 ausgetretene Kältemittel entgegen der normalen Luftströmungsrichtung durch das Gebläse 2 und die Frischluftklappe strömen und an die Umgebung abgegeben werden kann. Im Normalfall, d.h. bei relativ geringen Leckageraten wird das gegebenenfalls ausgetretene gasförmige Kältemittel über den offenen Kondensatablauf des Verdampfers, welcher eine weitere direkte Verbindung mit der Umgebung darstellt, nach außen gelangen, da sich das CO2, das etwas schwerer als Luft ist, es sich im unteren Bereich sammelt und dadurch durch den normalerweise vom flüssigen Kondensat durchströmten Kondensatablauf nach außen gelangt. Nur bei größeren Leckageraten gelangt das gasförmige Kältemittel über die Frischluftklappe nach außen. Das austretende CO2 belastet als auch in der Natur vorkommendes Gas auf Grund der relativ geringen freigesetzten Mengen die Umwelt nicht.
  • Diese Betätigung der Aktuatoren der entsprechenden Klappen kann auf besonders einfach zu regelnde Weise dadurch ausgelöst werden, dass das Kraftfahrzeug von außen abgeschlossen wird.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Regelung einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, insbesondere einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage (1) mit CO2 als Kältemittel, mit mindestens einem Verdampfer und mindestens einer Regeleinheit, welche die Stellung einer Mehrzahl von Klappen (8, 9, 10) regelt, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines Motorstillstands und/oder bei stehender Kraftfahrzeug-Klimaanlage (1) die Luftwege von dem dem Bereich der Klimaanlage, in welchem der Verdampfer angerordnet ist, zum Fahrzeuginnenraum, durch Klappe(n) (8, 9, 10) abgesperrt werden, wobei bei einer Aktivierung der Kraftfahrzeug-Regelung oder einem Motorstart nach einem Motorstillstand mit stehender Kraftfahrzeug-Klimaanlage (1) das Gebläse der Kraftfahrzeug-Klimaanlage (1) zuerst kurzfristig in umgekehrter Richtung oder ein anderes, aus dem Innenraum der Kraftfahrzeug-Klimaanlage (1) absaugendes Gebläse betrieben und die Klappenstellung einer Frischluftklappe zumindest so lange in geöffneter Stellung beibehalten wird, bis zumindest ein Teil der in der Klimaanlage (1) enthaltenen Luft nach außen abgeführt wurde.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem der Luftkanäle, die zwischen der Kraftfahrzeug-Klimaanlage und dem Fahrzeuginnenraum vorgesehen sind, alle Klappen (8, 9, 10), die in dem oder an einem Ende des Luftkanals angeordnet sind, geöffnet werden.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor den Druck im Kältemittelkreislaufs überwacht und die Regelung der Klappen (8, 9, 10) bei einem Motorstart nach einem Motorstillstand mit stehender Kraftfahrzeug-Klimaanlage (1) bei dem Unterschreiten eines vorgegebenen Druckgrenzwertes und/oder bei zu gering ansteigendem und/oder abfallenden Druckgradienten einsetzt.
  4. Kraftfahrzeug-Klimaanlage, insbesondere Kraftfahrzeug-Klimaanlage (1) mit CO2 als Kältemittel, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, mit mindestens einem Verdampfer (3) und mindestens einer Regeleinheit, welche die Stellung einer Mehrzahl von Klappen (8, 9, 10) regelt, wobei das Gebläse der Klimaanlage (1) in umgekehrter Richtung betreibbar ist und/oder ein Gebläse vorgesehen ist, welches bei Bedarf Luft aus der Klimaanlage nach außen fördert.
  5. Kraftfahrzeug-Klimaanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kondensatablauf vorgesehen ist, der zumindest im Falle eines Motorstillstands und/oder bei stehender Kraftfahrzeug-Klimaanlage (1) einen offenen Verbindungskanal von dem Bereich der Klimaanlage (1), in welchem der Verdampfer (3) angeordnet ist, nach außen bildet.
  6. Kraftfahrzeug-Klimaanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung derart ausgelegt ist, dass im Falle eines Motorstillstands und/oder bei stehender Kraftfahrzeug-Klimaanlage (1) mindestens eine Frischluftklappe geöffnet ist.
  7. Kraftfahrzeug-Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Luftwege durch mindestens eine die Luftzufuhr und -verleihung im Normalbetrieb regelnde Umluft-Klappe, Defrost-Klappe (8), Belühungs-Klappe (9) und/oder Fußraum Klappe (10) versperrt ist.
  8. Kraftfahrzeug-Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor im Kältemittelkreislauf vorgesehen ist, wobei der Drucksensor mit der Reglung verbunden ist und die Regelung des Schließens der Klappen ab dem Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes und/oder bei Überschreiten eines abfallenden Druckgradienten aktiviert wird.
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